5G как гиперлуп Омеляна. Зачем оно нам реально нужно? Объяснялка

Благая весть о пришествии пятого поколения технологий мобильной связи уже достигла пределов Украины, вселив в сердца малых сих веру в очередную победу сил Добра над Тьмой. Но по-прежнему немногие в состоянии объяснить, что же это такое. Пришло время для серьезного, обстоятельного разговора по душам.

Поколения мобильной связи сменяются одно за другим каждые пять-семь лет. Каждое из них представляет собой, по большому счету, набор технических стандартов, архитектурных решений и подходов, которые обеспечивают определенные функциональные возможности.  Давайте вспомним, как выглядели предыдущие четыре поколения.

От 1 до 4 G

Самое первое поколение появилось в Украине летом 1993 года и было представлено одной-единственной компанией, "Украинская мобильная связь" (ТМ UMC). Помните аббревиатуру NMT-450i? Это именно она. В 1G голос передавался в аналоговом виде, т.е. без шифрования. Не было, по сути, никаких дополнительных услуг, даже SMS. 

В 1997 году на сцену вышли будущий лидер рынка Киевстар и еще полдюжины игроков, уже исчезнувших к настоящему времени. Они начали развивать второе поколение технологий, известные всем как GSM. Эти технологии, включая GPRS, EDGE и несколько других, по-прежнему живут в каждом телефоне. Ключевое отличие GSM - оцифровка голоса и его дальнейшее существование в виде потока чисел. Среди прочего это позволило шифровать информацию, резко улучшить качество голоса, реализовать дополнительные возможности вроде текстовых сообщений и пока ещё очень медленной передачи данных.

Массовый запрос на доступ к глобальной Сети на мобильных устройствах не оставил индустрию равнодушной. В конце девяностых на сцену вышло третье поколение. Его отличительной особенностью стали развитые возможности в части передачи данных, в первую очередь достаточно высокие скорости. Для этого, фигурально выражаясь, условно говоря, к GSM прикрутили отдельную подсистему для работы с IP-сетями, к которым относится и Всемирная Сеть.

Несмотря на все ухищрения, сети третьего поколения оказались не такими быстрыми, как это обещали производители. Следующее, четвертое поколение сделало важный шаг - они целиком построены на IP технологиях. Для абонента разница между 3G и 4G зачастую невелика или вовсе незаметна - несколько больше скорости, меньше задержка передачи данных. Основные и очень серьезные различия находятся "под капотом". Как бы то ни было, для операторов переход на 4G означал снижение издержек, резкое увеличение емкости сети и другие специфические плюшки. На сегодняшний день в мире сложно найти оператора, который бы не начал разворачивать 4G, а многие уже приступили или даже завершили процесс демонтажа 2G и 3G сетей.

Украина очень сильно отстала от своих соседей, 3G-лицензии были выданы лишь в  начале 2015 года. Через три года к ним добавились 4G. На сегодняшний день речь идет о скоростях, которые могут достигать 15-20 и даже больше мегабит в секунду, важный во многих случаях показатель задержки сигнала существенно сократился по сравнению с 3G, составляя 20-40 миллисекунд. Объем потребления вырос, на рынке полно условно безлимитных приложений.

Интеллектуальный конструктор

Стоит сразу заметить, что в случае пятого поколения мы имеем своего рода интеллектуальный конструктор. Перечисленные ниже технологические решения могут комбинироваться при создании 5G-сети произвольным образом. Дело в том, что разработчики стандарта решали (и продолжают решать) задачи титанической сложности. В зависимости от бизнес-модели, рыночных условий и прочих обстоятельств 5G-сеть должна предоставлять очень разные функциональные возможности. Отсюда такое разнообразие и радикальность используемых подходов. Отсюда же радикальное различие пользовательского опыта для разных категорий абонентов. 

Во-первых, стоит упомянуть beamforming и massive MIMO (multiple input–multiple output). Для каждого абонентского устройства формируется отдельный узконаправленный сигнал, своего рода луч (англ. beam). Этот луч перемещается за абонентом, обеспечивая защиту от помех и эффективное использование частотного ресурса. За каждый такой луч отвечает одна из многочисленных (multiple) миниатюрных антенн (устройств ввода-вывода, input - output), которые и образуют антенный блок в виде короба небольших размеров. Если в Wi-Fi или 4G-сетях MIMO означал 4-8 антенн, то в 5G речь идёт о десятках, почему и говорят про множественное (massive) их применение. Сети пятого поколения должны активно использовать частоты вплоть до диапазона 28 ГГц и выше. Их придется размещать с невиданной ранее частотой. Без beamforming просто не получится построить по-настоящему ёмкие и скоростные сети.   

Разные абоненты требуют совершенно разных возможностей. Для управления автомобилем нужны не столько объёмы данных, сколько минимальная задержка. Для множества автономных датчиков не нужно и этого, но их может быть по-настоящему много, сотни тысяч на квадратный километр. Наконец, для приложений на основе дополненной реальности понадобится максимальная скорость передачи данных при минимальной задержке. В 5G-сетях предполагается развести разнородные задачи с помощью network slicing. Внутри одной операторской сети по запросу организовываются (нарезаются, от англ. Slice - тонкий кусок) виртуальные сети с требуемой функциональностью. Абонент видит только свою сеть и ни при каких условиях не может повлиять на соседей. Функциональность обуславливает и цену.   

Одной из интереснейших особенностей 5G является edge computing. Чтобы добиться минимальной, меньше 1 миллисекунды, задержки сигнала предлагается запускать пользовательские приложения на оборудовании, физически расположенном прямо на базовой станции, на "краю" (edge) операторской сети. Это экстравагантное решение позволяет, например, запустить сколь угодно "тяжёлую" игру на максимальных настройках, транслируя на устройство абонента только картинку и звук. Таким образом ПК или смартфон абонента превращается в "тонкий клиент" и вопрос регулярных обновлений софта и "железа" уходит в прошлое.  

Как всегда, в 5G обещают решить все те проблемы с безопасностью, которые выявлены в предыдущих поколениях. Это неудивительно, поскольку и 3G, и 4G оказались похожими на решето. 

Украинские перспективы

Украина не останется в стороне от глобального шествия пятого поколения. Залогом тому является описанная выше гибкость и разнообразие функциональных возможностей стандарта. Безусловно, массовый рынок в нашей стране для 5G ещё не созрел. Озвученная в начале марта министром транспорта Омеляном идея покрыть 5G-сигналом фрагмент шоссе под Киевом оказалось очередным гиперлупом. Пятое поколение зайдет в Украину с другой стороны.

Уже сейчас производители оборудования по просьбе крупнейших индустриальных групп разворачивают тестовые зоны на предприятиях страны. Эти пилотные проекты носят непубличный характер и в случае успеха вполне возможно трансформируются в такие же непубличные внедрения. Украинское государство по традиции занимает крайне невнятную позицию относительно 5G. Технология не внесена в список разрешенных, о выделении частот для нее не известно ничего. В такой ситуации корпорациям проще попросту проигнорировать требования законодательства, благо выявить подобные нарушения практически невозможно. Да и операторы им в этом случае не нужны. 

Сами производители продвигают  в качестве приоритетной модель использования 5G в качестве решения для "последней мили". Огромная, по меркам беспроводных сетей, пропускная способность базовых станций 5G-сетей позволяет использовать технологию вместо оптического кабеля. Не только 100 Мбит/сек, но и гигабитные подключения становятся возможными в коттеджных городках и находящихся в "чистом поле" объектах. Однако этот сценарий предполагает лицензирование частот и, в целом, легализацию стандарта. Как скоро государство сподобится на этот шаг - пока неизвестно.

Роман Химич
телеком-эксперт